Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta
Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.
Hämähäkkisilkin ja nanoselluloosan yhdistelmästä syntyi muovin haastaja
Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet ainutlaatuisen materiaalin, joka on samalla luja, jäykkä ja sitkeä. Tulevaisuudessa sitä voidaan käyttää muun muassa biopohjaisissa komposiiteissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Lujan ja samalla joustavan materiaalin valmistaminen on ollut materiaalisuunnittelun suurimpia haasteita: lujuuden lisäämiseksi on pitänyt tinkiä venyvyydestä ja päinvastoin. Nyt Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat onnistuneet selättämään haasteen ottamalla mallia luonnosta.
Tutkijat loivat aivan uuden biopohjaisen materiaalin liimaamalla puun selluloosakuituja yhteen hämähäkin seitistä löytyvällä silkkiproteiinilla. Tuloksena oli hyvin jäykkää ja samalla sitkeää materiaalia, jota voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi muovien korvaamiseen, biopohjaisiin komposiitteihin, lääketieteellisissä sovelluksissa ja tekstiiliteollisuudessa.
Tutkimusta vetäneen Aalto-yliopiston professori Markus Linderin mukaan luonto tarjoaa uusien materiaalien kehittämiseen loistavia raaka-aineita, kuten nyt käytettyjä lujaa ja helposti saatavilla olevaa selluloosaa ja sitkeää ja joustavaa silkkiä. Molempien etu on se, että toisin kuin muovi, ne hajoavat luonnossa eivätkä aiheuta siellä mikromuovin kaltaisia haittoja.
”Nämä luonnon hyvät ominaisuudet meidän tutkijoiden pitää vain pystyä toistamaan”, Linder sanoo.
”Pilkoimme koivuselluloosan kuidut nanofibrilleiksi, jotka järjestimme samansuuntaisiksi. Samalla täytimme selluloosasta muodostuvan kehikon pehmeällä silkkiproteiinilla. Se toimii liimamaisena sidosaineena sekä kykenee välittämään mekaanista energiaa molekyylitasolle”, kertoo erikoistutkija Pezhman Mohammadi VTT:ltä.
Silkkiä DNA:n ja bakteerien avulla
Silkki on proteiini, jota esiintyy luonnossa muun muassa silkkitoukan erittämänä ja hämähäkinseitissä. Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijoiden käyttämä hämähäkkisilkki ei kuitenkaan ollut peräisin seitistä vaan tutkijat valmistivat sen synteettisen DNA:n ja bakteerien avulla.
”Koska tunnemme DNA:n rakenteen, voimme kopioida sen ja valmistaa sen avulla kemiallisesti samanlaisia silkkiproteiinimolekyylejä kuin hämähäkinseitissä on. DNA:ssa on kaikki se informaatio valmiina”, Linder selittää.
“Työmme on osoitus proteiinien kehittämisen uusista ja monipuolisista mahdollisuuksista. Voimme valmistaa vastaavia komposiittimateriaaleja hiukan eri raaka-aineista ja saada aikaiseksi uusia ominaisuusyhdistelmiä eri käyttötarkoituksiin. Parhaillaan kehitämme komposiittimateriaalia, joka soveltuu esimerkiksi implantteihin ja iskunkestäviin kohteisiin”, sanoo Pezhman.
Tutkimushanke on osa Suomen Akatemian rahoittamaa Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkaus ”Hyber” -huippuyksikköä.
Tutkimus julkaistiin Science Advances -tiedejulkaisussa. Linkki artikkeliin (sciencemag.org)
Hämähäkinsilkkiproteiiniin voi tutustua 29 syyskuuta saakka New Silk – What Can We Learn From Spiders? -näyttelyssä Aalto-yliopiston Väre-rakennuksessa. Näyttely on osa Helsinki Design Weekin Designs For a Cooler Planet –näyttelyä, ja se on koottu materiaali- ja design-tutkijoiden ja tekstiiliasiantuntijoiden yhteistyönä.
Lisätietoja:
Markus Linder
Professori, Aalto-yliopisto
p. 050 431 5525
markus.linder@aalto.fi
Pezhman Mohammadi
Erikoistutkija, VTT
p. 040 163 7835
pezhman.mohammadi@vtt.fi
Christopher Landowski
Tutkimusryhmän vetäjä, VTT
p. 040 482 0856
christopher.landowski@vtt.fi
Lue lisää
Lue lisää uutisia
Tutkimuksesta pörssiyritykseksi – näin Aalto rakensi kaupallistamismallin, joka palkitsee keksijät ja synnyttää uusia toimialoja
Aallon kaupallistamismalli on sijoittajaystävällinen, julkisen rahoituksen sääntöjen mukainen ja työtä tehdään vaikuttavuus edellä.
Merkittävä lahjoitus tie- ja päällystetekniikan tutkimukseen ja koulutukseen
Alan yritykset ja yhdistykset lahjoittivat yli 400 000 euroa Insinööritieteiden korkeakoululle.
“Mesoskaalan” uimarit voivat avata tien kehon sisäisille lääkeroboteille
Tutkijat ovat selvittäneet, miten pienet eliöt rikkovat fysiikan lakeja uidakseen nopeammin. Löytö voi auttaa esimerkiksi lääkkeitä annostelevien robottien kehittämisessä.